家庭清扫机器人的电源自动对接系统

论文摘要

家庭清扫机器人的自动充电功能是家庭清扫机器人系统的一个重要方面。由于机器人清扫过程中的电量需求比较大,一次充电几乎不可能完成所有的清扫任务,因此,对于清扫机器人,如何能够有效寻找充电站并进行自动对接是衡量清扫机器人性能的一个重要指标。鉴于此,本文对家庭清扫机器人的自动充电问题进行了详细地研究。本文首先介绍了国内外家庭清扫机器人的研究现状和自动充电技术的发展现状。接着,介绍了在仿真环境中采取的基于栅格地图的环境建模方法,以及为了模拟实际的环境,采用颜色识别法来识别静态障碍物和地面。考虑到实际应用,在寻找充电站之前将原有的地图进行了坐标平移,以机器人需要充电的位置为原点来构建新的地图。并且有针对性地介绍了机器人和充电站所具有的一些功能,这些功能是仿真算法进行的前提条件。机器人与充电站的对接分为近程对接与远程对接两个方面。在远程对接中,采用了基于栅格地图的外螺旋搜索算法。由于在环境中可能存在障碍物,因此还介绍了寻找目标的过程中,机器人如何有效地静态障碍物的策略。接着讨论了机器人如何在多个房间内寻找充电站的过程。机器人的近程对接分为目标跟踪阶段,目标对接阶段和断点恢复阶段三个阶段,这一部分的内容在第四章做了重点的介绍。最后,开发了机器人自动充电系统的仿真平台,并利用该平台分别进行了在单个房间和多个房间中机器人寻找充电器的仿真实验,用来验证所提出的模型和算法的可行性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 移动服务机器人发展现状
• 1.2.1 国外移动服务机器人研究现状
• 1.2.2 国内移动服务机器人研究现状
• 1.2.3 自主充电技术发展现状
• 1.3 课题研究的目的意义及主要研究内容
• 1.3.1 课题研究的目的和意义
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 第2章 家庭清扫机器人自动对接系统的环境建模
• 2.1 引言
• 2.2 环境的表示方法
• 2.2.1 环境建模方法介绍
• 2.2.2 栅格法
• 2.2.3 基于栅格法的地图建立
• 2.3 障碍物的检测
• 2.3.1 基于颜色的检测方法
• 2.3.2 栅格地图信息的初始化
• 2.4 坐标转换
• 2.5 机器人和充电站功能介绍
• 2.6 本章小结
• 第3章 家庭清扫机器人搜索充电站的远程对接
• 3.1 引言
• 3.2 基于栅格法的外螺旋搜索算法
• 3.3 家庭清扫机器人针对障碍物的躲避策略
• 3.4 多个房间内实现搜索的算法
• 3.4.1 多个房间内搜索算法的提出
• 3.4.2 KEY 栅格的寻找算法
• 3.5 本章小结
• 第4章 家庭清扫机器人搜索充电站的近程对接
• 4.1 引言
• 4.2 机器人与充电站的对接
• 4.2.1 充电站的功能模拟
• 4.2.2 机器人与充电站的对接过程
• 4.2.3 对接算法中的一种特殊情况
• 4.3 本章小结
• 第5章 家庭清扫机器人自动充电系统的仿真
• 5.1 单个房间和多个房间的对接实验
• 5.1.1 单个房间的对接实验
• 5.1.2 多个房间的对接实验
• 5.1.3 对接实验
• 5.1.4 特殊情况的对接实验
• 5.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢